3.6.2 memblock分配器
1．数据结构
memblock分配器使用的数据结构如下：
include/linux/memblock.h
struct memblock {
bool bottom_up; /* 是从下向上的方向？ */
phys_addr_t current_limit;
struct memblock_type memory;
struct memblock_type reserved;
#ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_PHYS_MAP
struct memblock_type physmem;
#endif
};
成员bottom_up表示分配内存的方式，值为真表示从低地址向上分配，值为假表示从高地址向下分配。
成员current_limit是可分配内存的最大物理地址。
接下来是3种内存块：memory是内存类型（包括已分配的内存和未分配的内存）, reserved是预留类型（已分配的内存）, physmem是物理内存类型。物理内存类型和内存类型的区别是：内存类型是物理内存类型的子集，在引导内核时可以使用内核参数“mem=nn[KMG]”指定可用内存的大小，导致内核不能看见所有内存；物理内存类型总是包含所有内存范围，内存类型只包含内核参数“mem=”指定的可用内存范围。
内存块类型的数据结构如下：
include/linux/memblock.h
struct memblock_type {
unsigned long cnt; /* 区域数量 */
unsigned long max; /* 已分配数组的大小 */
phys_addr_t total_size; /* 所有区域的长度 */
struct memblock_region *regions;
char *name;
};
内存块类型使用数组存放内存块区域，成员regions指向内存块区域数组，cnt是内存块区域的数量，max是数组的元素个数，total_size是所有内存块区域的总长度，name是内存块类型的名称。
内存块区域的数据结构如下：
include/linux/memblock.h
struct memblock_region {
phys_addr_t base;
phys_addr_t size;
unsigned long flags;
#ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
int nid;
#endif
};
/* memblock标志位的定义．*/
enum {
MEMBLOCK_NONE = 0x0, /* 无特殊要求 */
MEMBLOCK_HOTPLUG = 0x1, /* 可热插拔区域 */
MEMBLOCK_MIRROR = 0x2, /* 镜像区域 */
MEMBLOCK_NOMAP = 0x4, /* 不添加到内核直接映射 */
};
成员base是起始物理地址，size是长度，nid是节点编号。成员flags是标志，可以是MEMBLOCK_NONE或其他标志的组合。
（1）MEMBLOCK_NONE表示没有特殊要求的区域。
（2）MEMBLOCK_HOTPLUG表示可以热插拔的区域，即在系统运行过程中可以拔出或插入物理内存。
（3）MEMBLOCK_MIRROR表示镜像的区域。内存镜像是内存冗余技术的一种，工作原理与硬盘的热备份类似，将内存数据做两个复制，分别放在主内存和镜像内存中。
（4）MEMBLOCK_NOMAP表示不添加到内核直接映射区域（即线性映射区域）。
2．初始化
源文件“mm/memblock.c”定义了全局变量memblock，把成员bottom_up初始化为假，表示从高地址向下分配。
ARM64内核初始化memblock分配器的过程是：
（1）解析设备树二进制文件中的节点“/memory”，把所有物理内存范围添加到memblock. memory，具体过程参考3.6.3节。
（2）在函数arm64_memblock_init中初始化memblock。
函数arm64_memblock_init的主要代码如下：
start_kernel() ->setup_arch() -> arm64_memblock_init()
arch/arm64/mm/init.c
1 void __init arm64_memblock_init(void)
2 {
3 const s64 linear_region_size = -(s64)PAGE_OFFSET;
4
5 fdt_enforce_memory_region();
6
7 memstart_addr = round_down(memblock_start_of_DRAM(),
8 ARM64_MEMSTART_ALIGN);
9
10 memblock_remove(max_t(u64, memstart_addr + linear_region_size,
11 __pa_symbol(_end)), ULLONG_MAX);
12 if (memstart_addr + linear_region_size < memblock_end_of_DRAM()) {
13 /* 确保memstart_addr严格对齐 */
14 memstart_addr = round_up(memblock_end_of_DRAM() - linear_region_size,
15 ARM64_MEMSTART_ALIGN);
16 memblock_remove(0, memstart_addr);
17 }
18
19 if (memory_limit ! = (phys_addr_t)ULLONG_MAX) {
20 memblock_mem_limit_remove_map(memory_limit);
21 memblock_add(__pa_symbol(_text), (u64)(_end - _text));
22 }
23
24 …
25 memblock_reserve(__pa_symbol(_text), _end - _text);
26 …
27
28 early_init_fdt_scan_reserved_mem();
29 …
30 }
第5行代码，调用函数fdt_enforce_memory_region解析设备树二进制文件中节点“/chosen”的属性“linux, usable-memory-range”，得到可用内存的范围，把超出这个范围的物理内存范围从memblock.memory中删除。
第7行和第8行代码，全局变量memstart_addr记录内存的起始物理地址。
第10～17行代码，把线性映射区域不能覆盖的物理内存范围从memblock.memory中删除。
第19～22行代码，设备树二进制文件中节点“/chosen”的属性“bootargs”指定的命令行中，可以使用参数“mem”指定可用内存的大小。如果指定了内存的大小，那么把超过可用长度的物理内存范围从memblock.memory中删除。因为内核镜像可以被加载到内存的高地址部分，并且内核镜像必须是可以通过线性映射区域访问的，所以需要把内核镜像占用的物理内存范围重新添加到memblock.memory中。
第25行代码，把内核镜像占用的物理内存范围添加到memblock.reserved中。
第28行代码，从设备树二进制文件中的内存保留区域（memory reserve map，对应设备树源文件的字段“/memreserve/”）和节点“/reserved-memory”读取保留的物理内存范围，添加到memblock.reserved中。
3．编程接口
memblock分配器对外提供的接口如下。
（1）memblock_add：添加新的内存块区域到memblock.memory中。
（2）memblock_remove：删除内存块区域。
（3）memblock_alloc：分配内存。
（4）memblock_free：释放内存。
为了兼容bootmem分配器，memblock分配器也实现了bootmem分配器提供的接口。如果开启配置宏CONFIG_NO_BOOTMEM, memblock分配器就完全替代了bootmem分配器。
4．算法
memblock分配器把所有内存添加到memblock.memory中，把分配出去的内存块添加到memblock.reserved中。内存块类型中的内存块区域数组按起始物理地址从小到大排序。
函数memblock_alloc负责分配内存，把主要工作委托给函数memblock_alloc_range_nid，算法如下。
（1）调用函数memblock_find_in_range_node以找到没有分配的内存块区域，默认从高地址向下分配。
函数memblock_find_in_range_node有两层循环，外层循环从高到低遍历memblock.memory的内存块区域数组；针对每个内存块区域M1，执行内层循环，从高到低遍历memblock.reserved的内存块区域数组。针对每个内存块区域M2，目标区域是内存块区域M2和前一个内存块区域之间的区域，如果目标区域属于内存块区域M1，并且长度大于或等于请求分配的长度，那么可以从目标区域分配内存。
（2）调用函数memblock_reserve，把分配出去的内存块区域添加到memblock.reserved中。
函数memblock_free负责释放内存，只需要把内存块区域从memblock.reserved中删除。